Inom det växande området för magnon spintronics, forskare försöker transportera och bearbeta information med hjälp av så kallade magnonspinnströmmar. I motsats till elektriska strömmar, som dagens informationsteknik bygger på, magnonspinnströmmar leder magnetiska moment. Dessa förmedlas av magnetiska vågor, eller magnoner, som sprids genom magnetiska material. En grundläggande byggsten för magnon spintronics är magnonlogik, genom vilka logiska operationer bearbetas genom överlagring av spinnströmmar.

Ett internationellt team av fysiker från Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) och University of Konstanz i Tyskland och Tohoku University i Sendai, Japan, nyligen lyckats lägga till ytterligare ett element i konstruktionsuppsättningen för magnonlogik. I en så kallad centrifugeringsventilstruktur som omfattar flera ferromagneter, det var möjligt att visa att detektionsförmågan hos magnonströmmar beror på enhetens magnetiska konfiguration. Rent generellt, detta gör det möjligt för forskare att styra överföring eller blockering av inkommande information. Forskningsarbetet har publicerats i online -tidskriften Naturkommunikation med en kollega vid JGU-baserade Graduate School of Excellence Materials Science i Mainz (MAINZ) som första författare.

Det huvudsakliga syftet med magnon spintronics är att ersätta elektrisk laddning som informationsbäraren med magnoner. Bland annat, magnoner erbjuder möjlighet till vågbaserad beräkning, vilket ger fler alternativ för logisk databehandling. Magnoner sprider sig dessutom i magnetisolatorer med jämförelsevis små förluster, som håller utsikterna för genomförandet av förbättrad energieffektivitet vid databehandling.

Den undersökta centrifugeringsventilstrukturen är ett trelagersystem innefattande den isolerande ferromagnetiska yttriumjärngranetten (YIG), den isolerande antiferromagnetiska kobolt (II) oxid (CoO), och den metalliska ferromagnetkobolten (Co):YIG/CoO/Co. Med hjälp av de oscillerande magnetfälten hos bestrålade mikrovågor, den avsiktliga rotationen av YIG -magnetiseringen induceras, som avger en magnonspinnström i CoO. I det metalliska Co -lagret, magnonspinnströmmen omvandlas till en laddningsström på grund av den så kallade omvända spin-Hall-effekten, och detekteras således.

Kopplingsliknande enhet vidarebefordrar eller undertrycker magnonström som elektrisk signal

Experimentet visade att amplituden för den detekterade signalen starkt beror på magnetventilen hos spinnventilen. Vid antiparallell inriktning av YIG- och Co -magnetiseringen, signalamplituden är ungefär 120 procent större än i parallelltillståndet. Den upprepade omkopplingen av Co-magnetiseringen avslöjade ytterligare effektens robusthet och likaså dess lämplighet för långvarig drift. "Sammanlagt, denna effekt till viss del möjliggör implementering av en switchliknande enhet, som undertrycker eller vidarebefordrar magnonströmmen som en elektrisk signal, "sa Joel Cramer, första författare till artikeln och medlem av Graduate School of Excellence Materials Science i Mainz. "Resultatet av vårt experiment är en effekt som kan komma att tillämpas i potentiella magnonlogikoperationer, vilket ger ett väsentligt bidrag till området magnon spintronic, "Tillade Cramer.